Energie und Strom
Energieversorgung im Bergbau
Energieoptimiertes Antriebssystem für Langstreckenförderer im Tagebau
Aktualisierung: 2026-01-13
Problemdefinition
Branchenherausforderungen
- 01 Hohe mechanische Belastung der Gurtverbindungen durch unkontrollierte Anlaufmomente
- 02 Signifikanter Energieverlust bei Teillastbetrieb durch starre Drehzahlen
- 03 Netzrückwirkungen und Blindleistungsbedarf bei großen Direktantrieben
Spezifische Schwachstellen
- Vorzeitiger Verschleiß der Antriebtrommeln und Getriebe durch ungleiche Lastverteilung bei Mehrmotorenantrieben
- Verlust potenzieller Energie bei abwärts fördernden Bandabschnitten (Downhill-Conveyors)
- Häufige Ausfälle durch thermische Überlastung bei wiederholten Schweranläufen
Analyse des Ist-Zustands
"Einsatz von Flüssigkeitskupplungen oder Schleifringläufermotoren mit Widerstandsstufen führt zu geringem Wirkungsgrad im Teillastbereich. Fehlende Synchronisation zwischen Kopf- und Heckantrieben verursacht unnötige Gurtspannungen. Keine Nutzung der regenerativen Bremsenergie; Energie wird über Bremswiderstände in Wärme umgewandelt."
Leistungsauswirkungen
Reduktion Anlaufstrom
< 110% des Motornennstroms
Verlängerung Gurtstandzeit
≥ 25% durch Reduktion dynamischer Spannungsspitzen
Energieeinsparung (Teillast)
≥ 15% gegenüber Drossel-/Bypass-Betrieb
Thdi (Total Harmonic Distortion)
< 5% am Point of Common Coupling (PCC)
Regelungsart
DTC (Direct Torque Control) oder FOC (Field Oriented Control)
Spannungsebene
3.3 kV - 11 kV (Mittelspannung)
Umgebungstemperatur
-20°C bis +50°C (mit Klimatisierung)
Überlastfähigkeit
150% für 60 Sekunden (Heavy Duty)
Technische Verifizierung
Diese Lösung wurde von Atlamech Engineering nach folgenden Standards validiert:
Details anzeigenTechnischer Umfang
- Dimensionierung und Integration von Mittelspannungs-Frequenzumrichtern (MV-VFD) mit Active Front End (AFE)
- Implementierung einer Master-Follower-Steuerungslogik für synchrone Lastverteilung
- Integration in das Prozessleitsystem zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung basierend auf Füllgradsensoren
Compliance-Standards
IEC 61800-3 (Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe)
IEEE 519-2014 (Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control)
IEC 62061 (Sicherheit von Maschinen - Funktionale Sicherheit)
Implementierungsstrategie
Phase 1 (Woche 1-3): Analyse des Lastprofils und der Topologie vor Ort. Phase 2 (Woche 4-8): Simulation des Antriebsstrangs und Auslegung der Umrichter. Phase 3 (Woche 9-16): Installation der Container-Lösungen (E-House). Phase 4 (Woche 17-18): Inbetriebnahme mit Lasttests und Feinjustierung der PID-Regler.
Wichtigste Liefergegenstände
Single-Line-Diagramme und E-House-Layouts
Simulationsbericht zur harmonischen Verzerrung (THD) und Netzverträglichkeit
Parametrierter Regelalgorithmus für das Anfahr- und Bremsverhalten (S-Kurven)
Beratungsnotizen
Auslegungsdetails für Langstreckenförderer
Bei der Implementierung der adaptiven Geschwindigkeitsregelung muss besonderes Augenmerk auf die Massenträgheit des beladenen Bandes gelegt werden. Schnelle Geschwindigkeitsänderungen sind zu vermeiden, um Longitudinalschwingungen im Gurt zu verhindern.
- Master-Follower-Logik: Der Master-Antrieb gibt das Drehmoment vor, die Follower-Antriebe folgen diesem Sollwert präzise (Drehmoment-Modus), nicht der Drehzahl, um 'Kämpfe' zwischen den Motoren zu vermeiden.
- Kühlung: Aufgrund der staubigen Umgebung im Tagebau (Open Pit) ist für die Umrichter-Container (E-Houses) ein geschlossenes Zweikreis-Kühlsystem (Luft/Wasser oder Luft/Luft mit Wärmetauscher) zwingend erforderlich. Überdrucksysteme verhindern Staubeintritt.
- Netzrückspeisung: Bei Downhill-Förderern muss die AFE-Einheit so dimensioniert sein, dass sie die volle generatorische Leistung dauerhaft ins Netz zurückspeisen kann.
Infrastruktur-Taxonomie
Mittelspannungs-Frequenzumrichter mit AFE-Technologie
Inverter-Duty Asynchronmotoren (Kurzschlussläufer)
Netzqualitätsfilter (LCL-Filter)
Drehmomentmesswellen zur Echtzeitüberwachung
Typische Anwendungsmuster:
Multi-Drive Load Sharing (Lastverteilung auf 2-4 Motoren)
Regenerativer Bremsbetrieb bei Abwärtsförderung
Soft-Start/Soft-Stop zur Vermeidung von Longitudinalschwingungen
Wissensgebiete
Zusammenfassung der technischen Beziehungen
Verwendete technische Komponenten
Mittelspannungs-Frequenzumrichter mit Active Front End
Technische Einschränkungen
Umgebungstemperatur -20°C bis +50°C, Überlastfähigkeit 150% für 60 Sekunden
Kern-Optimierungslogik
Master-Follower-Steuerungslogik für synchrone Lastverteilung, Parametrierter Regelalgorithmus für Anfahr- und Bremsverhalten
Zusammenfassung der Implementierungsbeispiele
Projekt-Kurzbeschreibung
Energieoptimiertes Antriebssystem für Langstreckenförderer im Tagebau
Systemmaßstab
Antriebssystem für Förderer mit Längen über 5 km und Leistungen im Mittelspannungsbereich von 3.3 kV bis 11 kV.
Betriebsbedingungen
Umgebungstemperaturen von -20°C bis +50°C mit Klimatisierung, Überlastfähigkeit von 150% für 60 Sekunden.
Implementierungsbeschränkungen
Einhaltung von IEC 61800-3, IEEE 519-2014 und IEC 62061, THDi < 5% am PCC.
Technisches Wissenscluster
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Technische Analyse von Energieversorgungssystemen im Bergbau mit Fokus auf Netzstabilität, Redundanzarchitekturen und Energieeffizienz gemäß internationaler Normen (IEC, ISO).
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Energieeffizienz in der Bergbauinfrastruktur
Leistungsfaktorkorrektur (cos φ >0,95) und Lastmanagement nach ISO 50001 für Großverbraucher.
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